AD7705 采用SP I Q SP I兼容的三線串行接口，能夠方便地與各種微控制器和DSP 連接， 也比并行接口方式大大節(jié)省了CPU的 I O口。那么AD7705與51單片機的數(shù)字電壓表是怎么表示的我們一起來看看。

　　摘要：在比賽中我們通過 A/D 芯片（AD7705）對外部電壓值 進行采集， 經(jīng)轉換后傳輸給單片機 （89C52） ， 使用液晶 （1602） 輸出測量得到的電壓值。該實驗板可以測量不同增益下對應 范圍的電壓值，并使部分量程下精確度理論上達到 8 增益。 對于-20~20V，增益值為 1。在拓展中，我們根據(jù)閉合電路歐 姆定律，改進程序及實驗板，使之能夠測量電流、電阻，同 時能對短路狀態(tài)做出檢測。

　　總設計流程圖

　 方案比較

　　本次比賽基礎要求設計量程為 0-5V，精確度至少為 0.02V 的電壓表。根據(jù)精確度計算公式：精確度=量程/2^n（n 為 ADC 的位數(shù)） ，結合擴展的 25V，做出以下方案比較：

? ? ? ? 方案一：使用 STC12C51 進行模數(shù)轉換，但由于其內置 ADC 精度 不夠（8 位） ，勉強能夠滿足基礎要求，但無法達到擴展要求。 故舍棄此方案。

? ? ? ? 方案二：ADC 選用 AD7705，單片機采用 89C52，使用 AD780 提 供基準電壓。16 位 AD 處理 25V 時精度為 0.0004。同時使用繼電 器完成自動量程轉換，但由于電路的復雜程度和比賽時間，最終 我們沒有做此擴展。
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? ? ? ? 方案三：ADC 選用 AD7705，單片機采用 89C52，使用 AD780 提 供基準電壓。 充分利用 89c52 的豐富 I/O 口及 AD7705 的高精度、 雙極性特性將作品設計成擁有五檔電壓測量、五檔電流測量、七 檔電流測量及短路檢測的多用表。 最終我們組決定使用方案三完成比賽。

　各單元設計原理

　　1、供電電壓選取

? ? ? ? ? 由于實驗要求使用 A/D 測量 0~5V 電壓， 使用 DC Power Supply 提供外部供電電壓，或以 USB 接口給系統(tǒng)上電，經(jīng)過 AD780 芯 片，對 A/D 輸入適合工作的基準電壓，為 AD7705、單片機提供 穩(wěn)定的 2.5V 工作電壓。

　　2、AD7705 對模擬量的采集及轉換（測量電壓）

? ? ? ? ?（1）AD7705 為 16 位雙極性模數(shù)轉換器，它包括一個Σ -Δ （或 電荷平衡）ADC、片內帶靜態(tài) RAM 的校準微控制器、時鐘 振蕩器、數(shù)字濾波器和一個雙向串行通信端口。該器件的電 源電流僅為 320μ A，使得它理想地用于電池供電的儀器中。 器件具有兩種可選電源電壓范圍分別是 2.7～3.3V 或 4.75～ 5.25V。它具有高精度校準、測量的能力，適應電壓表的精 度要求。

? ? ? ? （2）設計實驗板共有 5 個量程，分別為： -200mV~200mV -2~2V -20~20V -200~200V -500~500V 對應增益值為 8 對應增益值為 1 對應增益值為 1 對應增益值為 1 對應增益值為 1

　　（3）實驗通過開關使不同阻值分壓電阻接入電路來改變電壓表量程。開關抬起有效。如圖連接 A/D 與單片機，對 A/D 進行初始 化， 設置為雙極性、 無緩沖、 增益為 1、 濾波器不工作、 自校準、 更新速率為 20Hz 的狀態(tài)。通過編譯的讀、寫程序，完成 A/D 對 外部模擬量的采集和處理，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機。

　　3、單片機數(shù)據(jù)處理（直流電壓）

? ? ? ? （1）本作品設計有五個電壓檔位。在程序中我們通過設置 switch 語句實現(xiàn)對不同檔位的選取和控制，AD 轉換后的數(shù) 據(jù)被傳輸至單片機中對應檔位的數(shù)據(jù)處理函數(shù)， 單片機根據(jù) 相應檔位的參數(shù)設置將數(shù)據(jù)處理還原為真實電壓值， 并轉換 為可被液晶讀取的 2 進制形式。

　　（2）測量直流電壓的公式為： 電壓真值=數(shù)據(jù) V/增益值*對應的檔位參數(shù)

? ? ? ?4、1602 液晶顯示器

? ? ? ?（1）對 1602 進行初始化，設置相關功能。

　　1602 液晶初始化程序：

　　顯示器模塊原理圖：

　　（2）關于顯示正負號及小數(shù)點，本次顯示 000.00000 精度

　　（3）關于數(shù)據(jù)處理之后的輸出，將經(jīng)過單片機處理得到的數(shù) 據(jù) V 發(fā)送至 1602 液晶，通過 display 函數(shù)（部分程序如下） ，實 現(xiàn)液晶對數(shù)據(jù)的顯示。同時設計保護數(shù)據(jù)，當測得數(shù)據(jù)大于檔位 上限時，系統(tǒng)輸出檔位上限值。

? ? ? ? void display（） （部分程序）

　　{

　　chardisp［9］=“12345678”;
? ? ? ? disp［0］= （v/10000000）+0x30; v%=10000000; disp
? ? ? ?［1］= （v/1000000）+0x30; v%=1000000;disp
? ? ? ?［2］= （v/100000）+0x30; v%=100000; disp
? ? ? ?［3］= （v/10000）+0x30; v%=10000; disp
? ? ? ? ?[ 4］= （v/1000）+0x30; v%=1000;disp
? ? ? ? ［5］= （v/100）+0x30; v%=100; disp
? ? ? ? ［6］= （v/10）+0x30; v%=10;disp
? ? ? ? ［7］= （v/1）+0x30;

　　……

　擴展部分

　　1、電流測量

? ? ? ?m利用閉合電路歐姆定律，在測電壓的基礎上可以實現(xiàn)對電流 的測量。實驗中共有五個檔位，分別為： -2~2mA -20~20mA -200~200mA -2~2A -15~15A 對應增益值為 8 對應增益值為 8 對應增益值為 8 對應增益值為 8 對應增益值為 1

　　對于電流數(shù)據(jù)的處理，將 AD 采集到的數(shù)據(jù) v 輸入單片機后， 根據(jù)計算公式對 v 進行處理，以第一檔程序舉例：

　　其中對數(shù)據(jù)處理的公式為： 電流真值=數(shù)據(jù)/增益值*對應的檔位參數(shù)

? ? ? ? 2、電阻測量

? ? ? （1）本次比賽的電阻測量在說明中并沒有，我們組為了充分 利用 AD7705 資源、 鍛煉組員的能力， 額外做了電阻測量和短 路檢測的拓展。

? ? ? （2）電阻測量的原理為：根據(jù)閉合電路歐姆定律 R=U/I，由 于前兩步已完成對電壓與電流的測量，所以此處只需要在數(shù) 據(jù)處理時，使用某檔位電壓/對應檔位流過待測電阻的電流值 即可。
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? ? ? ?（3）電阻測量的檔位及對應增益值 0~20Ω 0~200Ω 0~2kΩ 0~20kΩ 0~200kΩ 0~2MΩ 0~100MΩ 對應增益值為 2 對應增益值為 2 對應增益值為 2 對應增益值為 2 對應增益值為 2 對應增益值為 2 對應增益值為 1

　　（4）電阻測量的數(shù)據(jù)處理（20Ω 檔為例）

　　電阻測量的數(shù)據(jù)處理公式為： U/Rx=2.5/（Rx+Ro） Ro：相應電阻檔的已知串聯(lián)電阻 3、短路檢測 在 P2.5 連接蜂鳴器系統(tǒng)，當表筆兩端電阻小于 15Ω 時，P2.5 賦低電平，蜂鳴器工作。

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